UV光氧設(shè)備簡(jiǎn)介

UV光氧設(shè)備是在廢氣處理中是非常常見(jiàn)的設(shè)備。UV即是紫外線的簡(jiǎn)稱，我們?cè)谌粘Ｕ務(wù)撝薪?jīng)常將“UV”作為UV光氧設(shè)備的簡(jiǎn)稱，但這里存在一個(gè)誤區(qū)，在UV設(shè)備中，還有一種設(shè)備叫做UV光解設(shè)備。兩者均可用來(lái)處理污染物，但又有很大的區(qū)別。簡(jiǎn)單的說(shuō)：

• UV光解設(shè)備：利用了高能紫外線的能量進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)光解來(lái)處理污染物。

• UV光氧設(shè)備：除了紫外線光解污染物，還有一個(gè)重要的光催化反應(yīng)來(lái)處理污染物。

通過(guò)對(duì)比不難看出，UV光氧是一種更為先進(jìn)、效率更高的處理設(shè)備，而其中的光催化反應(yīng)需要紫外線照射半導(dǎo)體（使用為廣泛的半導(dǎo)體是二氧化鈦TiO2），廢氣通過(guò)二氧化鈦柵格，污染物被氧化分解。

二氧化鈦格柵板

由于原理的不同，UV光氧設(shè)備和UV光解設(shè)備在結(jié)構(gòu)上就有很大的不同，導(dǎo)致UV光氧更貴。如果您在選購(gòu)UV光氧設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)某家提供的UV光氧設(shè)備特別便宜，那么就要注意了，確認(rèn)其是否是UV光解設(shè)備，一定要詢問(wèn)是否加裝了二氧化鈦柵格，有幾層。

UV光氧設(shè)備處理原理

1.光解原理

物質(zhì)在紫外線照射下吸收光線當(dāng)中攜帶的能量成激發(fā)態(tài)，從而發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，終變成無(wú)害的低分子化合物。

根據(jù)光化學(xué)定律，首先，只有當(dāng)激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂時(shí)，亦即光子的能量大于化學(xué)鍵能時(shí)，才能引起光離解反應(yīng)。其次，為使分子產(chǎn)生有效的光化學(xué)反應(yīng)，光還必須被所作用的分子吸收，即分子對(duì)某種特定波長(zhǎng)的光要有特征吸收光譜，才能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。

因此并非所有的物質(zhì)都能發(fā)生光離解反應(yīng)，主要和光子能量大小與各物質(zhì)自化學(xué)鍵斷裂所需要的能量有關(guān)。（附光子能量公式：E=hv=hc/λ，h是普朗克常數(shù) 、v是頻率、c是光速、λ是波長(zhǎng)。）
下面提供一份波長(zhǎng)能量對(duì)照表，與常見(jiàn)污染物光解表。

由于紫外線波對(duì)人體有害，越短的紫外線波穿透力越強(qiáng)，對(duì)人身的危害也越大，在實(shí)際的生產(chǎn)與使用中用的多的是波長(zhǎng)254nm的紫外線U形燈管，其摩爾光子能量為470KJ/mol，由上表可以看出，在我們常見(jiàn)的voc氣體中，能被光解的物質(zhì)并不多，所以在選擇UV光解設(shè)備的時(shí)候，一定要弄清楚自己的廢氣中主要成分是什么。

另外，物質(zhì)被照射的時(shí)間越長(zhǎng)，光解的效果越好，所以在消毒柜中利用紫外線燈消滅細(xì)菌有非常好的效果，然而在我們廢氣處理當(dāng)中，由于氣體始終是處于流動(dòng)狀態(tài)，所以效率受到氣體在設(shè)備中的停留時(shí)間的影響。停留時(shí)間=設(shè)備長(zhǎng)度/風(fēng)速，風(fēng)速=風(fēng)量/氣體流動(dòng)方向設(shè)備橫截面積。由此我們可以得出設(shè)備長(zhǎng)度越長(zhǎng)，橫截面越大，停留時(shí)間越長(zhǎng)，效果也越好。設(shè)備增大固然處理效果更好，但是設(shè)備成本也會(huì)隨著設(shè)備尺寸的增大而增加，成本也是我們?cè)谠O(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)候需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，在行業(yè)經(jīng)驗(yàn)中，我們一般把風(fēng)速設(shè)置到0.7m/s，停留時(shí)間設(shè)置到3-5s，這樣的性價(jià)比是高的，根據(jù)處理污染物的成分不同，處理效率可以達(dá)到15%-35%。

2.光催化原理

自1972年Honda-Fujishima效應(yīng)即TiO2半導(dǎo)體電極的光催化分解水現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以來(lái)，半導(dǎo)體光催化領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和飛速的發(fā)展，這一技術(shù)為我們提供了一種理想的能源利用和治理環(huán)境污染的方法。

光催化技術(shù)是通過(guò)催化劑利用光子能量，將許多需要在苛刻條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為在溫和的環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)。它作為一門新興的學(xué)科，涉及半導(dǎo)體物理、光電化學(xué)、催化化學(xué)、材料科學(xué)、納米技術(shù)等諸多領(lǐng)域，在能源、環(huán)境、健康等人類面臨的重大問(wèn)題方面均有應(yīng)用前景，一直是前沿科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

其主要原理是：讓紫外光或其他一定能量的光照射光敏半導(dǎo)體催化劑時(shí)（常用光敏半導(dǎo)體催化劑二氧化鈦TiO2），當(dāng)能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波（hν）輻射TiO2時(shí)，TiO2價(jià)帶（VB）上的電子吸收光能（hν）后被激發(fā)到導(dǎo)帶（CB）上，使導(dǎo)帶上產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電子（e-），而在價(jià)帶（VB）上產(chǎn)生帶正電荷的空穴（h+）。此時(shí)吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負(fù)離子和氫氧自由基具有很強(qiáng)的氧化性，能使有機(jī)污染物氧化分解，如果保證足夠的停留時(shí)間，理論上可以達(dá)到近乎完全的處理效果。

跳過(guò)中間復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，簡(jiǎn)單的說(shuō)：紫外線照射二氧化鈦會(huì)將將空氣中的水和氧氣，氧化還原成具有很強(qiáng)氧化性的超氧負(fù)離子和氫氧自由基，從而氧化污染物達(dá)到分解處理的作用。越多的超氧負(fù)離子與氫氧自由基，就有越強(qiáng)的分解有機(jī)廢物的能力，不過(guò)就目前的光催化技術(shù)而言，還處于一個(gè)探索的階段，還存在光量子產(chǎn)生量低，光能利用效率低等問(wèn)題。雖然目前已經(jīng)有了改性TiO2、新的非TiO2催化劑、加微波電場(chǎng)等方法，但是由于提升有限或是成本太高，并沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在市面上廣泛使用的還是傳統(tǒng)的TiO2作為催化劑。不過(guò)光催化有著非常廣大的應(yīng)用的前景，相信將來(lái)一定會(huì)有更加實(shí)用的技術(shù)產(chǎn)生。

回來(lái)我們的話題上來(lái)，由于技術(shù)限制以及成本的考慮，目前的UV光氧設(shè)備對(duì)有機(jī)污染物的分解效率普遍在30%-60%之間。不過(guò)近年來(lái)環(huán)保行業(yè)的熱門，市場(chǎng)上涌現(xiàn)了大量的UV光氧設(shè)備廠家，生產(chǎn)出的UV設(shè)備，質(zhì)量參差不齊，為了低價(jià)拿下訂單，大量劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，在選用UV的時(shí)候一定要擦亮眼睛。達(dá)不到處理效果，白花錢都是小問(wèn)題，由于UV經(jīng)常用于易燃廢氣的處理，而燈管屬于高發(fā)熱元件，線路又是帶電的，發(fā)生燃燒的事故并不鮮見(jiàn)，如果引發(fā)的惡性事故，那才真的是悔時(shí)晚矣。

關(guān)于常規(guī)UV光氧設(shè)備的挑選方法

一、尺寸，看尺寸的大小是簡(jiǎn)單的方法，一般情況下，尺寸越大的UV，停留時(shí)間越長(zhǎng)，處理效果就越好。喜歡計(jì)算的朋友，可以用我們行業(yè)普遍的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3s的停留時(shí)間來(lái)計(jì)算一下尺寸，風(fēng)速也不宜取太快，應(yīng)該在0.5-1.5m/s之間好。舉個(gè)例子：我需要處理的廢氣風(fēng)量是20000m3/h，把小時(shí)換算成秒，除以3600之后得到約5.56m3/s的處理風(fēng)量；風(fēng)速我們折中設(shè)計(jì)為0.7m/s，那么設(shè)備截面積=每秒風(fēng)量/每秒風(fēng)速=5.56/0.7≈8㎡，那么寬與高的乘積就應(yīng)該大于等于8㎡，才是比較合理的尺寸；同時(shí)，長(zhǎng)度=停留時(shí)間*風(fēng)速=3*0.7=2.1m。得到截面8㎡和長(zhǎng)度2.1m這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的參數(shù)之后，我們就可以來(lái)對(duì)比廠家提供的UV設(shè)備了。三種情況：
廠家提供的設(shè)備截面和長(zhǎng)度均大于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，自然沒(méi)有在設(shè)計(jì)上偷工。
廠家提供的設(shè)備截面和長(zhǎng)度均小于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，那么肯定在設(shè)計(jì)上有所偷工，小太多的，超過(guò)30%就不要選擇了，處理效率肯定不達(dá)標(biāo)。
廠家提供的設(shè)備截面和長(zhǎng)度一大一小，這就要看比例，如果面積縮小了百分之10，那么長(zhǎng)度就要增加百分之10，這樣才能保證停留時(shí)間足夠。這里舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明：

按照我們的設(shè)計(jì)和計(jì)算，過(guò)濾橫截面積8㎡，長(zhǎng)度2.1m，那么設(shè)備的尺寸可以設(shè)計(jì)為，2.1mx2mx4m(長(zhǎng)x寬x高)，但是這樣尺寸的設(shè)備有些過(guò)高，可能影響擺放，其二這個(gè)尺寸可能會(huì)影響內(nèi)部設(shè)備元件的安裝比如濾網(wǎng)燈管等，此時(shí)可以通過(guò)縮小橫截面積，增加長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整。把長(zhǎng)寬設(shè)計(jì)為2x2m，這樣橫截面積4㎡，縮小了一半，那么長(zhǎng)度相應(yīng)的就應(yīng)該增加一倍，為4.2m，這樣設(shè)計(jì)下來(lái)的UV設(shè)備箱體，尺寸為：2x2x4.2m，再返回算風(fēng)速=1.39m/s，這樣設(shè)計(jì)的UV設(shè)備也是符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。

二、燈管數(shù)量，燈管數(shù)量不是越多就越好，到達(dá)某一閾值之后，再增加燈管數(shù)量對(duì)效率的提升非常小，性價(jià)比太低。這里用10000風(fēng)量來(lái)舉個(gè)例子，燈管數(shù)量應(yīng)該在24-36套之間，那么相對(duì)應(yīng)的估算其他風(fēng)量，20000風(fēng)量燈管數(shù)量應(yīng)該在48-72套之間，5000風(fēng)量燈管數(shù)量應(yīng)該在12-18套之間。注意：這里例子所用燈管是功率150W，波長(zhǎng)254nm的U型紫外線燈。燈管數(shù)量的選擇與污染物濃度和其本身性質(zhì)有關(guān)系，所以會(huì)有高低變化，這些數(shù)值是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，數(shù)量多于標(biāo)準(zhǔn)性價(jià)比低，數(shù)量少于標(biāo)準(zhǔn)效率低。

三、板材材質(zhì)和厚度，較好的材質(zhì)是不銹鋼，耐腐蝕，但價(jià)格高昂；比較常見(jiàn)的材質(zhì)是碳鋼，雖不如不銹鋼耐腐蝕，但是價(jià)格便宜，做好防腐處理，同樣經(jīng)久耐用。除此之外的非金屬材料就不要選擇了。因?yàn)楦吣茏贤饩€光波對(duì)人體有很大的危害，非金屬材料例如塑料是沒(méi)有辦法屏蔽光波的。例如X光就是一種非常短的光波，對(duì)人的身體危害非常大，家用微波爐一般波長(zhǎng)是120nm，我們UV設(shè)備常用的紫外線波長(zhǎng)254nm。波長(zhǎng)越短，穿透力越強(qiáng)，所以UV設(shè)備一般都采用金屬材質(zhì)來(lái)制作，以便屏蔽光波，同時(shí)厚度越厚，屏蔽效果越強(qiáng)，所以在行業(yè)中一般鋼板厚度都是在3mm以上，低于3mm厚度的UV設(shè)備，謹(jǐn)慎選擇。